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时间:2019-11-23
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1、新疆不同土壤盐分的光谱特征研究答辩人:张舒涵指导老师:武红旗不同土壤盐分光谱特征研究{前言试验设计结果与分析结论{不同质地土壤光谱特征不同盐分土壤光谱特征概况土样采集与分析{光谱采集包络线去除前后土壤光谱曲线使用BP模型预测土壤含盐量1.前言土壤含盐量是表征土壤盐分状况的主要参数,也是确定土壤盐渍化程度的最主要指标。准确可靠的土壤盐分分析数据是一切盐碱地工作的基础,而掌握土壤主要离子的含量对于盐碱地改良也有非常重要的作用。在土壤盐渍化遥感监测研究中,土壤的光谱特征是盐渍化土壤识别与分类的基础,其依据是不同盐渍化土壤的光谱特征具有明显的差异性。因此,探讨土壤因子与光谱特征之间的关系已成为土壤
2、遥感监测中的一个重要环节。本研究以新疆不同质地土壤为研究对象,利用包络线去除法对光谱数据进行处理,建立不同质地土壤含盐量预测光谱模型,为遥感技术反演土壤含盐量技术方法提供理论支持为测定土壤含盐量提供了一种快速、无损、准确的新方法。2.试验设计以新疆玛纳斯县冲洪积扇中下游的农田土壤为研究对象,于2011年5月和6月,在新疆玛纳斯县自治区农科院实验基地采集了砂壤土和粘土,在新疆玛纳斯县北五岔镇采集了粉粘壤土。取样深度为土壤剖面0-20cm范围。土壤样品经风干后,剔除杂质,研磨过2mm孔径筛。处理完备的土样置于PVC管中(直径25cm,高20cm,管底配有托盘),装满土样后刮平样品表面(土壤理化
3、性状见表1)。土壤门塞尔颜色通过中国标准土壤色卡获得,机械组成采用比重计法测定,比重采用比重瓶法测定,田间持水量通过wilcox(威尔科克斯)方法获得。2.1土样采集与分析表1土壤样品理化性质土样名称门赛尔颜色田间持水量(%)土壤密度(g/cm3)有机质(g/kg)机械组成(%)0.05-2mm0.05-0.002mm<0.002mm砂土2.5Y5/320.01%2.7606.0455.7826.9917.23壤土10YR6/324.10%2.69310.0610.5456.7032.76粘土10YR8/330.43%2.7083.723.6839.6856.642.2光谱数据采集及数据处
4、理光谱测定在四周为漆黑的暗室进行,使用美国SVCHR-768便携式光谱仪(光谱范围:350-2500nm,通道数768。光谱带宽350-1000nm范围内≤3.5nm;1000-1500nm和1500-2100nm范围≤16nm。最小积分时间1ms)。4°视场角探头,探头距土壤样本表面40cm。光源为能够提供模拟太阳光的美国SVCHR-768光谱仪配套50W标准光源,距土壤表面80cm,光源天顶角为15°。每次采样对仪器进行暗电流校对及白板校对。每个土样测定l0条光谱反射率曲线,去掉异常线后取平均作为该土样的光谱反射率值。以白色参考板获取绝对反射率。利用SVCHR-768光谱仪配套软件对光
5、谱原始数据进行处理,使数据具有更好的连续性。光谱采集容易受到外界环境的干扰,为消除高频噪声的影响,对光谱数据进行10点加权移动平均法对光谱曲线进行平滑去噪处理。并使用ENVI软件对测定的土壤光谱曲线进行包络线的去除,包络线的去除可以有效突出光谱曲线的吸收特征,并将反射率归一化到0-1之间,光谱的吸收特征也归一化到一致的光谱背景上,有利于与其他光谱曲线进行特征数值的比较。3.结果与分析图1不同质地土壤光谱曲线图1:砂壤2:粘土3:壤土4:砂土3.1不同质地土壤光谱特征由土壤光谱曲线形状可以看出,不同质地光谱曲线总体趋势一致,但也存在不同。反射率高低差异很大,其中砂壤反射率最高,其次是粘土和壤
6、土,砂土最低。壤土、砂壤土、砂土和粘土反射率大小与自身粗糙度有关,粘土自身的颗粒偏小,会形成镜面反射,故反射率偏高。而砂土自身的颗粒偏粗,故反射率偏低。这与前人研究的土壤粗糙度也会导致光谱反射率大小不同的结论一致。在1430nm之前的波段不同质地土壤光谱曲线趋势一致,但在1930nm处砂土的吸收谷相不明显,而粘土、壤土和砂壤的吸收谷相对较明显。图2不同盐分土壤光谱曲线图1:0.94g/kg2:9.46g/kg3:17.21g/kg4:24.96g/kg3.2不同盐分的土壤光谱特征由图2可以看出,不同盐分土壤光谱曲线总体趋势一致,但仍有差异,随着盐分含量的升高,光谱反射率降低,即盐分含量与光
7、谱反射率成反比关系。1:四种不同盐分的曲线在1420nm和1970nm处具有的强烈吸收带,除此之外,所有光谱曲线均具有随着波长的增加反射率增强的趋势。2:以1420nm水汽吸收带为界,在348nm-1420nm间的光谱反射率随波长增加呈单调上升趋势,土壤样本的光谱反射率大多能由2个折线段和一些特征吸收带来表示。这两个段是:348-600nm,此段曲线斜率较大;600-1310nm,此段曲线平缓,总体趋势呈上升直线,无明显
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